坝基破碎岩体高压渗透变形原位试验

 为获取向家坝水电站坝基挤压破碎带岩体的渗透变形特性,针对坝基破碎岩体空间分布特点,研究适合于渗透变形试验的现场压水试验系统和压水试验方法,提出坝基岩体渗透变形的原位高压试验方法。本研究最大特点是采用对观测孔内的水质取样分析和钻孔电视录像进行对比分析方法来研究原位渗透变形特征,并提出确定临界水力坡降的基本判据。研究结果表明,所提出的原位渗透变形高压压水试验方法可以较好地反映破碎岩体实际环境状态,原位渗透变形试验获得的临界水力坡降较室内试验成果更真实合理。     

向家坝水电站左岸坝基破碎岩体渗透变形特性试验研究

坝基岩体的渗透变形特性关系到大坝能否安全运行。针对向家坝水电工程坝基存在的挤压破碎带问题,通过常规的渗透变形试验方法和改进后的渗透变形试验方法,对左岸坝基破碎岩体渗透变形特性进行了全方位的试验,通过综合分析 3 种不同试验方法得到的试验结果,深入研究了坝基破碎带岩体的渗透变形特性。研究表明左岸坝基破碎岩体受扰动越严重,其临界水力坡降值就越小;在分析引起临界水力坡降差异的本质原因后,提出了坝基破碎带的临界水力坡降合理取值建议。     

土体渗透破坏对深基坑开挖的影响

结合砂质粉土地区基坑渗漏工程实例,根据颗粒级配的判定法,确定了渗透破坏类型与临界水力坡降,并通过室内应力路径试验确定了有限元数值模型的参数。通过有限元数值模拟,给出了渗漏条件下的渗流场分析结果,确定了渗透破坏过程。结合现场实测数据分析,揭示了渗漏以及渗透破坏对坑外水位、地表沉降以及围护结构水平变形的影响。比较实测结果与有限元数值模拟结果可以看出,本文分析方法能够很好地预报止水结构存在渗漏情况,同时也能很好地分析土体发生渗透破坏对围护结构与周围环境的影响,为预防基坑开挖渗漏提供了理论依据。     

基于尖端坡降变化的双层堤基渗透破坏通道上溯研究

双层堤基渗透破坏集中渗流通道产生后,有继续上溯和保持稳定两种可能,传统方法中外江与管涌口之间的整体水力坡降只能判定渗透破坏发生与否,无法判定已有通道是否会继续上溯。是否继续上溯关键在通道尖端坡降的发展趋势,其根源是尖端土体颗粒在尖端坡降作用下的稳定性。当通道上溯后,其内沿程各处断面会发生冲淤变化,进而影响尖端坡降,在此作用下对尖端处土体颗粒进行稳定性计算,分析在进一步上溯后,尖端坡降的变化趋势。若尖端坡降随着通道的上溯持续增长,则说明该上溯会进一步发展,若通道上溯后尖端坡降维持稳定,则说明该通道不会持续上溯。编制有限元程序,同时考虑通道断面扩展和上溯与尖端坡降之间的相互影响,判定通道发展趋势。有限元程序中,对集中渗流通道断面进行等效代替,以加快计算速度。在室内进行模型试验,观测预设渗流通道的发展,通过数值模拟与室内试验数据对比,证明本理论方法及所编制程序可行可用。     

唐家山堰塞体渗流稳定及溃决模式分析

 在准确获取唐家山堰塞体地质结构(从上到下依次为①层碎石土、②层块碎石和③层似层状碎裂岩3层结构)及相关渗透参数基础上,采用Visual Modflow可视化三维软件,模拟4种堰塞湖水位(710,720,730和740 m)条件下不同土层的渗流速度和渗透坡降,表明由于②,③两层颗粒粗大、渗透性好,总体表现出稳定流的渗水特点,整体坡降变化稳定,中间不会出现如低渗透黏性土的紊流状态、渗透坡降出现拐点以及管涌渗透特点。而下游侧①层碎石土由于沿第③层形成的贯通性渗流在下游侧穿越该层渗出形成的最大坡降会大于允许坡降,将导致堰塞体下游发生零散或局部渗流破坏,且临界堰塞湖水位为726 m。随堰塞湖水位抬升,整个堰塞坝体出现的溃决模式为：下游侧表层碎石土层因渗透破坏和溯源侵蚀,同时因进口段地表水流漫顶淘刷,最终导致上部第①层碎石土被侵蚀、淘刷带走。随着第①层被淘刷、水流速度加大又进而会带动第②层块碎石被逐渐冲刷下切,但不会发生整体溃决,而第③层似层状碎裂岩将保持稳定,侵蚀和淘刷的下限深度就是第③层似层状碎裂岩顶部。     

溪洛渡水电站坝基层内错动带现场渗透变形试验成果及分析

层内错动带是溪洛渡水电站坝基岩体中广泛发育的缓倾角结构面，查明其渗透变化性质是坝基防渗帷幕设计的基础。介绍了坝基玄武岩岩体中，层内错动带的现场渗透变形试验及其成果，并对影响层内错动带渗透系数，临界坡降，破坏破降的因素以及渗透变形过程进行了分析。     

渗透力作用下粘性土临界水力坡降变化规律研究

对单向渗透力引起的渗透固结机理进行了分析,通过采用不同干重度在不同固结度下的渗透破坏试验,得到了临界水力坡降随固结度、干重度二者变化的关系式,该结论对水库蓄水位及渠道水位的确定提供了参考依据。     

南湾水库坝基顺河断层带渗流稳定性研究

根据南湾水库的蓄水和地质、结构特点,对其坝基顺河断层带进行渗流稳定性研究.根据南湾水库工程大坝浸润线和基岩等水位线图进行坝址区渗流域渗流场反演分析,确定岩体的实际渗透系数.运用二维有限元分析等方法评价,预测水库现状水位和未来高水位各运行工况下坝基渗流场的渗透稳定性.计算分析表明,有限元法计算的断层带最大水力坡降小于断层带允许坡降不会产生渗透变形.     

颗粒流模拟砂土渗流规律的适用性研究

为了详细探讨颗粒流程序在计算多孔介质渗流规律的适用性问题,采用三维颗粒流程序对不同级配砂土的渗流规律进行了数值模拟。结果表明,对于层流状态,在相同的渗透坡降下,球形颗粒渗透系数大于实际砂土的渗透系数,对其原因进行了深入分析;采用棒状颗粒并选取合适的形状系数,可大大缩小数值试样的渗透系数与实测值的差距;数值试样的渗透系数随着平均粒径和孔隙率的增大而增大,与室内渗流试验的结果一致;在用颗粒流进行渗流分析时,对于引起颗粒起动、渗透变形等的水力条件,建议选用渗透流速作为判别标准,而不是施加的渗透坡降。     

某土石坝渗流稳定分析及安全评价

以某土石坝工程为研究对象,根据该大坝地质勘察报告提供地质参数计算,选取典型断面进行渗流计算,确定各工况下的浸润线位置,并对计算结果进行分析,评价结构的安全状况,研究结果表明：大坝在各种工况下的渗透坡降均小于允许渗透坡降,大坝不存在渗透变形破坏。     

江河大堤均匀砂基渗透破坏机理试验研究

为了摸清大堤堤基出现渗透破坏甚至溃决的原因,专门进行了模型试验。根据对堤基地质及水文地质的分析,将复杂的堤基归纳并概化为三种类型,并分别进行了各类模拟试验。阐述了均匀砂层堤基的渗透破坏特性及影响因素。均匀砂基的渗透破坏主要发生在堤基上部,特别是大堤与堤基的接触带,破坏水力比降决定于砂层土料本身的破坏水力比降,当大堤与堤基之间存在脱开问题,则破坏水力比降为砂层表面的冲刷水力比降。     

The anisotropic seepage analysis of water-sealed underground oil storage caverns

The analysis of the seepage field in fractured rock mass is very important to the design of an underground oil storage project and must be done in the primary stage. A novel analytical method to calculate the anisotropic permeability tensor of an initial seepage field is presented in this paper. Fracture network simulation and results of water-pressing injection tests are used for the development of analytical method. As an example, the proposed method is used to model initial and subsequent seepage fields of Dalian water-sealed underground oil storage caverns project. The changes in the seepage field during the construction and operation periods are investigated adequately. The results indicate that this design meets the requirements for the groundwater level and the vertical hydraulic gradient, although their distributions in the two periods are different, the proposed method is acceptable for the anisotropic seepage analysis.     

考虑基桩影响的粉砂地基深基坑流砂模型试验研究

采用自制的基坑工程渗流、渗透破坏模型试验装置,通过对水头与土体变形的观测,研究均质砂土与粉土地基基坑工程中考虑基桩影响的渗透破坏问题,揭示基坑工程土体渗透破坏模式.结合有限元数值模拟分析,从土体应力状态改变的角度研究基坑工程的渗透破坏机制,并分析基桩对土体渗透破坏的影响以及渗流对基桩受力变形的影响.研究成果表明,受渗透力的作用,围护结构底部土体首先进入塑性状态,当坑内土体形成贯通的塑性区时,即发生渗透破坏.在均质地基中,其模式为楔形体破坏.受黏聚力的影响,粉土破坏时的水头差较砂土大,同时基桩的影响也会增大破坏时的水头差.     

海塘渗透破坏数值模拟及渗透特性

为研究海塘的洪水渗透规律和渗透破坏机制,提出了可考虑土体渗透性随渗透破坏而变化的饱和非饱和/非稳定渗流分析模型,编制了相应的程序.选取实际海塘进行了洪水渗透过程的数值模拟,并将计算结果与现场监测试验结果进行了对比,表明所建立的分析模型和计算程序是正确的.工程实例分析结果表明,海塘洪水渗透过程是一个涉及土体渗透性变化的饱和非饱和/非稳定渗流过程,塘身浸润线变化经历4个阶段,海塘渗透破坏是大渗流比降下洪水长时间渗透所导致的.因此海塘的洪水渗透破坏涉及破坏区土体渗透性的变化以及饱和-非饱和/非稳定渗流,按中国现行规范应用稳定渗流分析方法进行计算是存在问题的.     

近松散层采煤覆岩采动裂缝水砂突涌临界水力坡度试验

以带不同尺寸裂缝的混凝土块模拟采动裂缝岩体,以黏土、粉土、粗砂和砾砂配制不同颗粒组成的7种土样,采用改装的渗透仪,对松散层经过采煤上覆垮落带和裂缝带发生渗透变形破坏的类型和机制进行研究,得出采煤垮落带和裂缝带上覆松散土层发生从上往下渗透变形破坏的临界水力坡度与土层粒度成分、物理力学性质和裂缝尺寸的关系.试验结果表明,黏粒含量较少的粉土、粗砂、砾砂比较容易发生水砂突涌,土的d50小于裂隙宽度的1/10时,容易出现潜蚀甚至涌(突)砂现象;当临界水力坡度大于1时,同一种颗粒组成的土样重度越大,液性指数越小,土的黏聚力越大,则临界水力坡度越大;同一种土样发生通过裂缝的渗透变形破坏时,裂隙宽度越大,临界水力坡度越小,发生破坏的临界水力坡度随裂缝宽度的增大呈指数下降.试验还获得溃砂时水砂涌出量与裂缝的宽度和初始水头高度的关系,在相同初始水头条件下,随着突砂口尺寸的加大,突砂量基本呈线性增加;在相同突砂口张开的情况下,涌砂量随着初始水头增大而增大.发生水砂突涌的涌出物中含砂量随时间延续逐渐减少.由此可见,含水层的初始水头和突砂口张开程度是控制矿井工作面突砂量的关键因素.     

应力状态下含黏粗粒土渗透变形特性试验研究

含黏粗粒土的渗透变形问题是水电工程中常见的渗透稳定性问题之一。对于含黏粗粒土来说,黏粒含量、颗粒级配及应力状态是影响渗透变形最重要的3个因素。为研究应力状态大小对含黏粗粒土渗透变形特性及临界水力梯度的影响,利用大直径渗透变形仪加载系统,完成了侧限条件下某含黏粗粒土在0.1,0.3,0.6,0.9 MPa铅直应力作用下的渗透变形试验。试验结果表明：不同应力状态下黏粒含量值的大小直接影响到含黏粗粒土的渗透变形破坏类型;试件中附加应力值越大,产生渗透变形时的临界水力梯度也越大。通过对渗透变形试验过程中渗透系数的演化过程研究,提出了利用渗透系数与水力梯度关系曲线的突变关系来判断临界水力梯度的新方法。     

地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性影响的研究

根据原地浸出过程中裂隙岩块中溶浸液渗流性质受地电场作用影响的特点，建立电场作用下裂隙岩块的电动渗流模型，并通过电动渗流实验研究地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性的影响。研究结果表明，地电场对裂隙岩块中溶浸液渗流特性影响非常明显，裂隙岩块中溶浸液的电动渗流特性与地电场强度、岩块渗透率和溶浸液流体性质等因素密切相关。在同等压力梯度下，受地电场作用的裂隙岩块中溶浸液渗流速度随正向电场强度增加明显增大，随反向电场强度增加明显减小；地电场能够强化或者减弱裂隙岩块中溶浸液的渗流扩散能力和溶浸液对岩块的润湿作用。     

降雨入渗下互层状裂隙岩体非饱和渗流分析

在总结缓倾状互层裂隙岩体的裂隙发育规律的基础上,给出了其裂隙网络生成方法;介绍了双重介质非饱和渗流理论,并基于此对缓倾状互层裂隙岩体的非饱和渗流场进行了分析,总结了互层状裂隙岩体降雨入渗条件下的非饱和渗流场的一些特征。